权量子共仪

中国科技网 讯（记者华凌）据物理学家组织网1月15日（北京时间）报道，耶鲁大学研究人员成功开发出一种新方法，既可以观察量子信息，同时还能保持其完整性，这将给量子力学研究提供更大的控制权，以纠正随机错误，并将极大地提升量子计算机的发展前景。该研究结果发表在最新一期《科学》杂志上。 耶鲁大学应用物理与物理研究教授米歇尔和主要研究者弗雷德里克说：“盯着一个理论公式是一回事，能够真正控制一个量子对象是另一回事。这项实验是量子计算过程中必不可少的一次彩排，可以真正积极地理解量子力学。” 在量子系统中，信息是由量子比特来存储的。量子比特可以假定为“0”或“1”两个状态，这两个状态在同一时刻是叠加的。正确认识、解释和跟踪它们的状态对于量子计算非常必要。但通常情况下，监视量子比特会损害其信息内容。 新开发的这种非破坏性的测量系统可以观察、跟踪和记录一个量子位所有状态的变化，同时保持量子比特的信息价值。研究人员说，原则上，这将允许其监视量子比特的状态，以纠正随机错误。 米歇尔说：“具有与量子比特对话的能力，并且听到它在告诉你什么，这就是关键所在。量子计算机一个主要问题是量子比特存储的信息‘寿命’有限，并持续衰减，所以必须予以纠正。” 弗雷德里克说：“只要你知道过程中发生了什么错误，就可以修正。这些错误基本上是可以撤消的。” 该研究团队现在可以成功地测量一个量子比特，未来面临的挑战是一次测量和控制更多的量子比特。他们正在开发基于此目的的超高速数字电子技术。 总编辑圈点： 薛定谔那只既死又活的猫，生动地诠释了量子世界的奇妙之处：量子时刻处于“0”和“1”两个状态，而你对单个量子状态的任何“窥探”都将改变其状态。科学家的新发现如果确实是针对单个量子比特，那么无疑是量子物理领域的一大突破。它在为更精确的量子计算提供测量基础的同时，也为量子密码领域的研究人员提出新的挑战：依靠量子状态不可测来杜绝量子通信被偷窥的方法，或许要更新了。 《科技日报》2013-1-16（一版）

量子理论是一项科学的杰作，但物理学家至今仍不知道该如何来理解它。一个世纪似乎还不够整整一百年前，第一届国际物理学会议在比利时布鲁塞尔举行。会议的议题是讨论如何认识新奇的量子理论并把它同我们的日常生活经验联系起来，以期给我们一个对世界清晰自洽的描述。然而，这个问题现在依然困扰着物理学家。微观粒子所具有的一些性质实在是出乎寻常，比如原子和分子就具有可以在不同地方同时出现的神奇能力，可以同时顺时针和逆时针旋转，或者即使相隔半个宇宙也可瞬间影响到对方。问题是，我们人也是分子和原子组成的，为什么我们就没有上述性质呢？“量子力学的应用立足于何处？”牛津大学的科学哲学家哈维•布朗这样问道。尽管最终答案还未出现，人类探寻的努力还是有回报的。比如，一个已经引起高科技产业和情报机构注意的全新领域已经诞生。这就是量子信息学。量子信息学可以让我们从一个崭新的角度来探索物理终极理论，它或许还可以告诉我们宇宙的起源。对于一个被量子理论的怀疑者——阿尔伯特•爱因斯坦——嗤之为让优秀物理学家沉睡不醒的“柔软枕头”的理论来说，这已经算是硕果颇丰了。出乎爱因斯坦所料，量子理论如今已经成为一项杰作。迄今尚无实验与量子理论所做的预言相抵触，并且人们相信它可以在微观尺度上很好地描述宇宙规律。这就导致了最后一个问题：量子理论意味着什么？物理学家是用“诠释”——一种和实验完全相符的对量子理论本质的哲学思考，来试着回答这个问题的。“现在我们有一大堆诠释。”在牛津大学和新加坡量子技术中心同时任职的弗拉托克•维德勒如是说。没有一种科学理论可以像量子力学这样可以从这么多角度来理解。为什么会有这样的情况？这么多的诠释中有没有一种可以胜过其他的？举个现在被称为哥本哈根诠释的量子论诠释作为例子，它是由丹麦物理学家尼尔斯•波尔提出的。该诠释的一个观点是说，任何不通过测量来谈论电子在原子中的位置的尝试都是无意义的。只有当我们用一个非量子的或“经典的”仪器去观察的时候，它才会显示出我们称之为物理性质的属性，进而才会成为现实的一部分。接着我们还有“多世界诠释”，在该体系中量子奇异性可以通过任何事物在无数平行宇宙的多重存在性得到解释。也许你更喜好“德布罗意-玻姆诠释”，在这里量子理论被认为是不完备的：我们还缺少一些隐藏属性，如果知道它们，我们就能理解所有东西。还有许多其他的诠释，比如吉亚尔迪-里米尼-韦伯诠释，交易诠释（这其中有逆时间而行的粒子），罗杰•彭罗斯的引力诱导坍缩诠释，模态诠释……在过去的一百年里，量子世界已经变得拥挤而热闹。撇开这些熙攘热闹的景象，对大多数物理学家来说，只有少数解释至关重要。美妙的哥本哈根最受欢迎的诠释莫过于波尔的哥本哈根诠释了。它之所以受欢迎，是得益于大多数物理学家不想费神去考虑哲学问题。类似于“到底什么构成了测量”或者“为什么它可能导致现实的改变”这样的问题是可以被忽略的——物理学家只想从量子理论中得到有用的结论。这就是为什么被不加怀疑而使用的哥本哈根诠释有时也被叫做“闭嘴，乖乖计算”诠释。“考虑到大多数物理学家只是想做计算并将所得结果应用于实际，他们中的绝大多数都是站在‘闭嘴，乖乖计算’这一边的。”维德勒说。然而这种方式也有不足之处。首先它不会告诉我们任何关于实在的根本性质。那需要通过去寻找量子理论可能失效的地方来获得，而不是成功的地方。(New Scientist, 26 June 2010, p 34)“如果真要有什么新的理论出现的话，我不认为它会来自大多数物理学家工作的固体物理学领域。” 维德勒说。其次，作茧自缚式的研究也意味着不大可能出现量子理论的新的应用。我们对量子理论可以采取的多方面的视角正是新想法产生的催化剂。“如果你正在解决不同的问题，那么用不同的诠释来思考会有好处。” 维德勒说。没有其他的领域能比量子信息学更明显地表明这一点了。“如果人们没有担忧过量子物理的基础，量子信息学这个领域甚至不会存在。”奥地利维也纳大学的安东•蔡林格说。这个领域的核心是量子纠缠现象——一部分粒子的性质的信息被全体粒子所共有。这就导致了被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”，即测量一个粒子的性质会瞬间影响到另一个和它纠缠的同伴的性质，不管它们之间距离有多远。当纠缠现象第一次在量子理论的方程中被发现时，它被当作过于奇怪的想法，以至于爱尔兰物理学家约翰•贝尔创造了一个思想实验来表明纠缠现象无法在真实世界中显现。而当真的可以做出这个实验真的之后，它证明了贝尔是错的，并且告诉物理学家有关量子测量的大量细节。它还为量子计算奠定了基础，通过量子计算，以前对粒子进行成千上万的并行测量才能得到的结果，现在单个的测量就可以告诉你答案。此外的应用还有量子密码学，通过利用量子测量的特殊性质来保护信息安全。不难理解，所有这些技术吸引了政府和渴望最高端技术的工业界的关注——同时防止它们落入敌手。然而物理学家更感兴趣的是这些现象可以告诉我们哪些自然界的本质规律。量子信息实验暗含的一个结论是说微观粒子包含的信息是实在的根源。哥本哈根诠释的支持者诸如蔡林格，把量子系统看作信息的载体，而用经典仪器进行的测量不过是记录和显示系统所包含的信息的过程。“测量是在更新信息。”蔡林格说。这个把信息作为实在的基本组成的新观点导致了有人猜测宇宙本身或许就是一台巨大的量子计算机。尽管哥本哈根诠释在大踏步前进，仍然有不少物理学家盯着它的弱点不放。这在很大程度上是由于哥本哈根诠释要求微观量子系统和对它的测量的经典仪器或观察者，二者必须人为区分开。例如，维德勒曾经探寻过量子力学在生物中所扮演的角色：细胞中各种各样的过程和机制本质上都是量子的，比如光和作用和光线感知系统(New Scientist, 27 November, p 42)。“我们发现世界上越来越多的东西可以用量子力学来描述——我并不认为在‘量子’和‘经典’之间有明确的界限。”他说。以宇宙的尺度来考虑事物的本性也给哥本哈根诠释的批评者提供了弹药。如果经典观察者的测量过程对于创造我们观察到的实在是必不可少的，那么是谁的观测使得现有宇宙得以存在？“你确实需要一个在系统外的观察者才能让哥本哈根诠释是合理的——但根据定义，宇宙外没有任何东西。”布朗说。这就是为什么，布朗说，宇宙学家更倾向于赞同由普林斯顿的物理学家休•埃弗里特在上世纪50年代晚期创立的诠释。他的“多世界诠释”宣称实在并不受限于测量概念。作为替代的是，量子系统固有的无限可能性在它们自身的宇宙各自显现。大卫•多伊奇，牛津大学的物理学家并曾经为第一台量子计算机拟定蓝图，说他现在只能用平行宇宙的概念来考虑计算机的运行。对他来说，其他的诠释都是无意义的。并不是说多世界诠释就没有受到批评——事实恰恰相反。新泽西罗格斯大学的科学哲学家蒂姆•莫德林很赞同放弃把测量这一概念当作一个特殊过程。但同时，他也不相信多世界诠释可以提供一个很好的框架来解释为什么一些量子结果要比其他的更有可能出现。当量子理论预言一个测量的结果出现的可能性要高十倍于另一个，反复的实验可以证明这一点。依照莫德林所说，多世界诠释认为由于世界的多重性，所有的可能都会发生，但它并没有解释为什么观察者看到的总是（通过计算算出的）最可能出现的结果。“这里有个深层问题需要解决。”他说。多伊奇说这些问题在这一两年内已经被解决。“埃弗里特处理概率的方式是有缺陷的，但这几年里多世界诠释的理论家们已经清除掉了这些缺陷——问题已经解决了。”他说。然而多伊奇的论证太玄奥了以至于并不是每个人都承认他的说法。更难回答的问题还有被多世界诠释支持者称为“怀疑眼神的反对”。多世界诠释一个明显的推论是说宇宙中有很多你的复制品——比如，猫王现在仍然在另一个宇宙中的拉斯维加斯进行表演。很少有人能接受这种想法。这个问题只有靠时间来解决了，布朗认为。“人们普遍难以接受存在许多你和其他人的复制品这种想法，”他说，“但这只是人们能否逐渐习惯的问题。”多伊奇认为当量子世界奇怪方面可以用到现实技术中时，人们将能接受多世界的概念。一旦量子计算机可以实现在同一时间在不同的状态来处理任务，我们将不会认为这些多重的世界不是物理层面的事实。“到时候人们将会很难坚持说多世界的想法只是嘴上说说而已。” 多伊奇说。他和布朗都宣称多世界的概念已经得到宇宙学家的支持。来自弦论、宇宙学和观测天文学的论证已经让宇宙学家猜测我们生活在多重的宇宙中。去年，加州大学圣克鲁兹分校的安东尼•阿奎尔，麻省理工的马克斯•蒂格马克以及哈佛大学的大卫•莱泽完成了把宇宙学和多世界的想法联系起来的大致方案。但多世界诠释并不是引起宇宙学家注意的唯一的诠释。在2008年，伦敦帝国理工的安东尼•瓦伦蒂尼指出在大爆炸之后就充满宇宙的宇宙微波背景辐射或许能支持德布罗意-玻姆诠释。在这个方案下，微观粒子具有未被发现的被称为“隐变量”的性质。(

[align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/c76fabfd-be4f-4b7f-9ef3-3be47874e493.jpg[/img][/align][align=center][color=#7f7f7f]4月2日，国仪量子研发人员正在操作W波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪[/color][/align][color=#000000]“W波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪的研制成功，使国仪量子成为目前国内能研制生产该类高端科学仪器的厂商。也标志着中国成为继德国之后，第二个有能力研发该型电子顺磁共振波谱仪的国家。”4月2日，国仪量子技术（合肥）股份有限公司传感事业部副总经理石致富站在最新研发的仪器前向记者介绍。[/color][color=#000000]根据揭榜项目任务书的项目目标和考核指标，国仪量子最终任务全部完成，部分指标超额完成。专家组召开验收会议，认为该产品达到了国际先进水平，此攻关任务已经完成。[/color][color=#000000]近年来，安徽在量子信息领域“从0到1”的原始创新不断突破：[/color][color=#000000]目前，安徽集聚量子科技产业链企业60余家、数量居全国首位，全国首条量子芯片生产线建成运行，全国首个量子信息未来产业科技园挂牌运营，量子专利授权量全国领先，以国盾量子、国仪量子、本源量子、问天量子、中电信量子集团等为龙头的量子高新技术企业不断涌现。[/color][color=#000000]安徽发展量子信息等未来产业，具有强劲的科技创新策源能力。[/color][color=#000000]国仪量子在2021年承接了安徽省制造业重点领域产学研用补短板产品和关键共性技术攻关任务，项目针对“W波段电子顺磁共振波谱仪”进行工程化、产品化开发，解决产品化实现涉及到的核心技术难题，研制出用户友好、皮实可靠，可产品化出售的W波段电子顺磁共振波谱仪。W波段电子顺磁共振波谱仪具有高分辨率、高灵敏度的优势，是一种重要的高端科学分析装置，将给生物、化学、物理以及交叉学科等领域提供一项强有力的研究手段，可用于进行蛋白质、RNA、DNA 的结构解析，从而解决生物学、医学、制药学中的关键问题。[/color][color=#000000]得益于中国科学技术大学、合肥国家实验室等高校与科研机构，合肥在量子信息技术的科研领域具有先发优势，为量子科技发展提供了强有力的人才和智力支撑。[/color][color=#000000]“我们团队在量子精密测量领域有着十多年的研究积累，以长相干、多比特、高精度量子操控为核心目标，目前已掌握了世界领先的高保真量子态调控技术、高灵敏度磁探测技术、微波收发技术、高精度扫描钻石探针技术等核心技术。”石致富说。[/color][color=#000000]“揭榜挂帅”是用市场竞争来激发创新活力的一种机制。国仪量子相关负责人表示，“揭榜挂帅”有助于选拔领头羊、先锋队，聚力突破关键共性技术瓶颈，提高制造业自主创新能力，带动产业链上下游的技术进步，强化供应链保障。[/color][color=#000000]未来，国仪量子将持续加强研发投入力度，在核心技术上不断追求更高标准。与用户协同创新，推动技术落地，赋能多个行业的升级发展，在全球量子领域逐渐发出中国声音，也让“安徽身影”更加活跃。[/color][来源：安徽经济网][align=right][/align]

“非常重要的原理性实验，一个艰苦卓绝的英雄主义的量子光学实验”——获得《自然》杂志审稿人如此好评的，是该杂志在量子信息领域首篇以中国为第一单位发表的论文。该论文在世界上首次成功实现了拓扑量子纠错，取得可扩展容错性量子计算领域的重大突破，为将来实现真正的量子计算打下了坚实基础。 论文由中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室潘建伟及其同事陈宇翱、刘乃乐等，与澳大利亚、加拿大科学家合作完成，发表在23日出版的《自然》上。据潘建伟介绍，量子计算机由于其超越经典计算机极限的强大并行运算能力，成为科学家们梦寐以求的目标。但是，量子计算机与环境耦合而产生的各种噪声使计算产生各种错误。近年来，学术界提出了拓扑量子纠错这一全新概念，把量子态的拓扑性质应用于量子纠错过程中，使得可扩展容错性量子计算在现实条件下成为可能。 潘建伟团队创造性地发展了一套全新的实验技术，将双光子纠缠的亮度提高了4—5倍，八光子簇态的总效率至少提高了200倍。同时，研究人员还研制了一种特殊的滤除噪声的八光子干涉仪，以此观测到了具有拓扑性质的八光子簇态，并将此簇态作为量子计算的核心资源，实现了拓扑量子纠错。（记者 赵永新 蒋家平）

中国科技网讯 据物理学家组织网8月20日（北京时间）报道，美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员设计和制造了一个量子处理器，可成功地将合数15分解成3和5的乘积。虽然这只是一个最基本的质因数分解运算，但这项突破是研制可进行更复杂因式分解运算的量子计算机道路上的一个里程碑，对于数字加密和网络安全具有重要意义。研究结果提前发表于《自然·物理》杂志网络版。 “15虽是一个小数字，但重要的是，我们已经证明，我们可以在一个固态量子处理器上运行彼得·肖尔提出的质因数分解算法。这是此前从未进行过的。”论文的第一作者埃里克·卢塞罗说。他目前是IBM公司实验性量子计算的博士后研究员，这项研究是他在加州大学圣巴巴拉分校攻读物理学博士时进行的。 卢塞罗是出于实际应用的目的开展这项研究的。他解释说，大数的因式分解是网络安全协议的核心，比如最常见的RSA加密算法，其目前公开的最大密钥包含超过600个十进制数字，如果利用经典计算机和最知名的经典算法，对这个密钥进行因式分解需要花费的时间可能比宇宙的年龄还要长。而数学家彼得·肖尔于1994年构造了大数的质因数分解算法，证明利用量子计算机能够在多项式时间内对大数进行分解，从而从根本上动摇了当代密钥的安全基础。 因此，如果量子计算使得RSA加密不再安全，那用什么来取代它呢？答案是量子密码。卢塞罗说：“量子密码不仅更难以被破译，而且如果有人试图盗取信息，它就会改变系统，使发送方和接收方都能够察觉。”（记者 陈丹） 总编辑圈点 二战期间，英美两国研发计算机的初衷，是破解轴心国的密码。而量子计算机一开始引起科技界的兴趣，也是因为它能不费吹灰之力破解世界上最可靠的密码，这种加密算法已经历三十多年的考验。如果有一天量子计算机投入实用，它会是一根锐利的矛，能刺透最坚固的盾。而更加坚固的盾牌则是正在研发的量子密钥，它也是银行和网站的运营者期望的理论上不可攻破的终极方案。 《科技日报》（2012-08-21 一版）

量子电动力学（Quantum Electrodynamics，简写为QED），是量子场论中最成熟的一个分支，它研究的对象是电磁相互作用的量子性质（即光子的发射和吸收）、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。　　量子电动力学是从量子力学发展而来。量子力学可以用微扰方法来处理光的吸收和受激发射，但却不能处理光的自发射。电磁场的量子化会遇到所谓的真空涨落问题。在用微扰方法计算高一级近似时，往往会出现发散困难，即计算结果变成无穷大，因而失去了确定意义。后来，人们利用电荷守恒消去了无穷大，并证明光子的静止质量为零。量子电动力学得以确立。量子电动力学克服了无穷大困难，理论结果可以计算到任意精度，并与实验符合得很好，量子电动力学的理论预言也被实验所证实。到20世纪40年代末50年代初，完备的量子电动力学理论被确立，并大获全胜。　　量子电动力学认为，两个带电粒子（比如两个电子）是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。最简单的，是其中一个电子发射出一个光子，另一个电子吸收这个光子。稍微复杂一点，一个电子发射出一个光子后，那光子又可以变成一对电子和正电子，这个正负电子对可以随后一起湮灭为光子，也可以由其中的那个正电子与原先的一个电子一起湮灭，使得结果看起来像是原先的电子运动到了新产生的那个电子的位置。更复杂的，产生出来的正负电子对还可以进一步发射光子，光子可以在变成正负电子对……而所有这些复杂的过程，最终表现为两个电子之间的相互作用。量子电动力学的计算表明，不同复杂程度的交换方式，对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降，而这个指数的底，正好就是精细结构常数。或者说，在量子电动力学中，任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来，精细结构常数就具有了全新的含义：它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量，或者说，它就是电磁相互作用的强度。

量子点的“战争”不可避免随着现在一种被称为量子点的纳米材料越来越多地受到电子以及生命科学产业的重视，分析人士担心在量子点技术领域复杂的专利权问题将引发一场昂贵且没有赢家的法律战争。 纽约市雷克斯研究公司的副总裁Matthew Nordan认为，“在未来三年内很有可能会发生一场针对量子点技术的法律大战。” 然而，有专家称，也许有方法可以避免这些无谓的法律战争。 Stephen Maebius是美国华盛顿纳米科技行业法律顾问公司Foley & Lardner公司的主席，他表示“研究量子点的那些公司可以通过专利交换的方式来避免由诉讼引起的干扰，把原本花在长达数年官司的百万美元投入到研究中去。” 量子点是半导体纳米微晶体，大小只有十亿分之一米，仅仅由10个原子组成。这种材料在吸收了少量的光线后能够发出明亮的荧光。科学家们能够改变量子点吸收的光线颜色，然后再对量子点的体积和结构进行调整就能让这种材料散发出颜色极为精确的荧光。例如，直径大于6纳米的硒化镉量子点能够发出红色的荧光，而直径小于3纳米的硒化镉量子点则会发出绿色的荧光。 量子点能够帮助科学家们对细胞和器官的行为成像，而成像细节级别在价值5亿美元的全球生物探测试剂市场中是前所未有的。生命科学研究中所使用的传统的光燃料分子是作为分子标签使用，帮助科学家们监测细胞与器官生长、发展，而它们通常在几秒钟内就会失去发光能力。而量子点的发光时间却更长，让研究者们能够实时监测细胞与器官在死亡与健康情况下的表现。 美国加利福尼亚州海达德地区的Quantum Dot（量子点）公司刚成立不久，它已经和诸如Genentech,， Roche 和GlaxoSmithKline几个业界巨头开始合作。 量子点还能够通过吸收光线产生电子。美国科罗拉多州戈尔登地区的国家可再生能源实验室的研究人员在五月份一期的《纳米快讯》中解释说，这将使新的太阳能系统性能提高到现有最好的太阳能电池性能的两倍。目前我们生产的太阳能电池吸收光线中的一个光子，然后，最多把它转换成一个电子，而剩下的能源就被白白浪费掉。而量子点能够将太阳光中的单个高能量光子转换成多达三个电子。这意味着，理论上来说基于量子点的太阳能电池能够将太阳能中65%的能量转换成为电能，而今天最好的电池也只能够达到33%。 纳米技术法律与商业周刊的一位编辑John Miller解释说：“现在一些公司注册的专利含盖范围很广，几乎包括了所有的半导体纳米晶体，有的公司甚至在专利申请书上仅仅描述像硒化镉这样特殊的材料。” 和Quantum Dot公司一样，另一家位于加利福尼亚州帕洛阿尔托地区的Nanosys公司声称，拥有量子点领域中除Quantum Dot独家关键专利外的所有专利。 Quantum Dot公司的执行总裁 George Dunbar表示，“如果有人阻止我们获得知识产权，那我们一定会把他们揪出来。” 然而，几家研究量子电的公司针对这些排他主义性宣言已经想出了几个对策。 纽约州托伊地区Evident科技公司的总裁Clinton Ballinger说：“我们并没有看到有关专利重叠的声明，我们感觉每向前迈进一步，都好像是跨进了新的领域。虽然花费了很多时间在这片雷区探索，但是我们觉得手中好像有一份地图在指引我们前进。在那里我们几乎没有束缚。” 例如，Evident公司发布了第一个利用非重金属制成的量子点。 “日本和欧洲都十分反对使用镉，而大多数的量子点都是由镉或铅制” Ballinger说，他还指出美国很快也会开始限制这些金属的使用。 Nordan强调说“在量子点技术领域，人们谈论最多的就是诉讼，而不是专利授权。这就像是笼罩在这一领域上空的一片黑云一样，而在诸如富勒烯这类的领域中，你所听到的大多是竭尽全力的诉讼大战，而不是专利交换授权，和平相处。正确的解决办法是专利交换授权，专利交换在信息产业领域的运行非常成功，但是你必须把自己的骄傲抛在脑后。” 虽然以生命科学应用为目的出售量子点是明显的事实，但是Ballinger认为针对量子点技术的法律大战并不会出现。他说“我们完全接受专利授权，这是理智之选。” Dunbar并没有排除采用专利交换解决问题的可能性，但是他认为：“只有和那些财务状况稳定的公司进行交易时，专利交换才有用。而据我所知，目前达到这一标准的公司并不多。” 转载出处：中国科技信息网

雷锋网快讯，中国科学院5月3日在上海举行新闻发布会，对外宣布世界首台10比特光量子计算机研发成功。[align=center][img]http://p0.ifengimg.com/pmop/2017/0503/5C93BAFAD9CC234398C76294158143B49BF42BF4_size38_w600_h450.jpeg[/img][/align][align=center]图为发布会现场[/align]这项世界领先的量子计算机来自于中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳、朱晓波等，并联合浙江大学王浩华教授研究组一同攻关。这台具有10个量子位的光量子计算机克服了以往同类型量子计算机的量子位数目受限和低采样率的问题，计算机采用的架构还具有继续增加量子位数目和提高采样率的能力。今天在上海，世界首台超越早期经典计算机的量子计算机宣告问世。在光学体系上，该研究团队在2016年已实现国际最高水平的十光子纠缠操纵。今年，在这一基础上，又利用我国自主研发的高品质量子点单光子源构建了世界首台在性能上能够超越早期经典计算机的单光子量子计算机，通过发展全局纠缠操作，成功实现了目前世界上最大数目的超导量子比特的纠缠和完整的测量。最新实验测试表明，该原型机的“玻色取样”速度比国际同行之前所有类似的实验加快至少24000倍，比人类历史上第一台电子管计算机（ENIAC）和第一台晶体管计算机（TRADIC）运行速度快10-100倍。[align=center][img]http://p0.ifengimg.com/pmop/2017/0503/57549A27AA08E359E8008616BDA8057B2DD08C7C_size79_w600_h402.jpeg[/img][/align][align=center]图为光量子实验室照片[/align]业内进展方面，D-Wave已于2017年发布了具有2000个量子位的量子退火计算机2000Q。但由于D-Wave这一类型的计算机只能执行“量子退火”一种算法，它的应用受到限制，即便业内也对D-Wave是否是真正的量子计算机有诸多争议。MIT于2016年制造出了具有5个量子位的原子阱量子计算机，并成功用Shor算法进行了因数分解实验。谷歌也于2016年7月表明了自己要建立世界上第一台超高性能量子计算机的愿景，不过目前还未看到后续进展。目前的量子计算机还不能完成传统计算机所能完成的各种任务。存储和计算原理不同，传统计算机的每一位只能传输“0”或“1”中的某一个，而量子计算机可以传输和计算“0”或“1”的叠加态，然后对同样处在“0”或“1”叠加态的结果进行测量，以一定概率的概率得到结果，并配合反复测量，得到传统的非叠加态结果。但某一些特定的运算，利用量子计算机的计算特点可以很快解决，比如对大数进行因子分解的Shor算法（可以用于破解传统计算机加密）、量子退火算法（对复杂优化问题进行最值求解）、Grover量子搜索算法（在很大的集合中寻找指定的元素），传统计算机进行类似的计算，所需时间与任务复杂度成几何级数增加，甚至几乎不能计算，但量子计算机所需的时间仅仅是线性增加而已。[url=http://www.ifeng.com/][img]http://p2.ifengimg.com/a/2016/0810/204c433878d5cf9size1_w16_h16.png[/img][/url]

什么是量子点电视？量子点电视听上去很高深莫测，其实就是QLED电视的另外一个名称，QLED是"Quantum Dot Light-Emitting Diode"的简写，中文译名是“量子点发光二极管”，这是一项家电厂商期待在未来取代OLED的新技术，原理是通过蓝色背光源照射照射直径不同的红色和绿色量子点，从而形成红绿蓝(RGB)三原色，然后再通过滤光膜等呈像系统和驱动系统形成图像。说白了，量子点电视其实还是一种LED电视。量子点是一种纳米材料，其晶粒直径在2-10纳米之间，量子点受到电或光的刺激会根据量子点的直径大小，发出各种不同颜色的单色光。可以借助量子点发出能谱集中、非常纯正的高质量红/绿单色光。那么什么是LED电视呢？首先我们先来说说液晶电视的根源性产品——LCD电视。LCD(Liquid-Crystal Display)最开始其实是液晶显示器，加入收看电视功能后成为LCD电视。这种电视通过背光源照射液晶面板，RGB三色液晶分子通过不同排布完成成像。请记住一点：在LCD阶段，液晶电视重要的背光源是CCFL冷阴极背光灯，可以暂时理解为我们的灯管，我们将这时的LCD电视称之为CCFL冷阴极背光源液晶电视。随后LED电视出现了，其实LED依旧是一种LCD液晶电视，它的准确名称是LED背光源液晶电视，LED电视和LCD电视的成像原理完全相同，只是背光源由CCFL改为了LED，相比而言厚度更薄、更加节能，但没有本质区别。量子点电视有何优势？要说到量子点电视的优势，首先我们得来说说OLED。OLED有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode)的屏幕是由有电流通过时能够发光的有机材料组成，它让电视机更轻薄，甚至可以弯曲。不过，因为成本高、良品率低、有机材料易氧化、无法适应户外和强光环境、以及某些场景下能耗过高等问题，采用OLED技术的电视一直未能普及。OLED技术当前主要掌握在两家全球最大家电厂商LG和三星电子手中。这两家韩国厂商是老对手，同时也是重要的液晶面板生产厂商。LG押宝OLED，希望借此超越三星电子的全球电视厂商老大的地位。然而因为OLED现阶段的高价，导致市场销量一直难以达到预期。此时，三星电子决定将研发重心转移到QLED上来。与OLED电视相比，量子点电视有四大优势：更宽广色域显示、更精准色彩控制、更长使用寿命以及更强节能性。由于量子点受到电或光的刺激，会根据其直径大小，发出各种不同颜色的非常纯正的高质量单色光，这一点甚至比OLED显示屏更强，众所周知OLED显示屏是通过滤镜得到纯色，而通过过滤的色彩虽然更纯、但也会有失真的情况，而量子点并不需要过滤，也就不会出现这种情况。同时可以在更低的电压下工作，能耗会降到最低。此外，由于量子点电视使用的无机材料不易被氧化，因此其显像寿命比OLED多出两万小时。当前量子点电视值得买吗？当前暂时只有TCL一家厂商推出了量子点电视，且55英寸的量子点电视的官方售价高达12999元人民币，而TCL 55英寸的4K超高清LED电视的官方零售价格只有5599元人民币。一台量子点电视的售价是同尺寸同分辨率的LED电视售价的2倍还要高。TCL此时推出量子点电视，打造自己品牌的意味更浓。而三星电子和LG要明年才能加入量子点电视阵营，届时消费者可选的余地将会更大。同样，新推出的技术还有可能有缺陷，具体如何有待市场检验，所以综上所叙，现在量子点电视并不值得购买，建议消费者持币观望。此外，业界也有观点认为，85%以上的色域普通人的肉眼实际是很难分辨的，因此厂商强调的高色域效果消费者并非都能感受到，也就是说，OLED电视的色域已经完全能满足普通用户的需求了。http://img1.mydrivers.com/img/20141222/5d677d4db4334f2d8e207c471c7bdd82.jpg

科技日报 2012年04月25日 星期三 本报讯（记者张巍巍）据物理学家组织网4月24日（北京时间）报道，维也纳大学量子光学和量子信息学院以及维也纳量子科学与技术中心的研究人员首次在实验中证明，有关两个粒子是否处于纠缠或分离的量子状态，或可由这些粒子被测量后和不再存在时来决定，从而实现对过去事件的模拟、操纵。相关研究结果将发表在最新一期的《自然—物理学》杂志上。 作为奥地利理论物理学家和量子力学的奠基人之一，埃尔温·薛定谔曾表示纠缠是量子力学的特殊性质，其也是新兴的量子密码学和量子计算等量子信息技术的关键资源。 纠缠的粒子所表现出的相关性，比经典物理学定律所允许的更强大也更复杂。如果两个粒子处于纠缠的量子态，它们就能完全地定义共同属性，并以损失自己的个体特性为代价。这就像两个原本没有方向的骰子，在处于纠缠态时，它们将随机显示出同样的朝向；相反，如果它们处于分离的量子态时，其中每一个都将显示出自己明确的朝向，因为每个粒子都有自己的特性。通常，我们会认为无论骰子是否纠缠，量子态的性质至少应是现实的客观事实，物理学家安东·塞林格教授所带领的研究团队现在却可在实验中证明，情况并非一直如此。 他们实现了名为“延迟选择纠缠交换”的“思想实验”，这项实验由亚瑟·佩雷斯于2000年提出。在实验中，两对纠缠的光子可被生成，每对中的一个光子将被发送至“维克多”一方。剩下的两个光子，一个被发送至“爱丽丝”处，一个被发送至“鲍勃”处。“维克多”现在能在两种测量中选择，如果他决定以被迫的纠缠态方式测量自己的两个光子，随后“爱丽丝”和“鲍勃”的光子对也将变为纠缠态；如果“维克多”选择单独测量自己的每一个粒子，“爱丽丝”和“鲍勃”的光子对也将以分离态收尾。 而现在的量子光学技术能支持研究团队推迟“维克多”的选择和测量，并以“爱丽丝”和“鲍勃”对于自身光子的行为作为参考。此次研究的主要作者马晓松（音译）解释说，借助高速的可调谐双态分析器和量子随机数生成器，无论“爱丽丝”和“鲍勃”的光子是否处于纠缠态并显示出量子关联，或是处于分离态并显示出传统关联，都可以在它们被测量后再做出决定。 根据爱因斯坦的名言，量子纠缠效应将呈现出“鬼魅似的远距作用”。而这一实验又向前迈进了一步，依照传统的观念，量子力学甚至可模拟对过去事件的未来影响，实现量子对于过去的“操纵”。 总编辑圈点： 和我们熟悉的宏观世界相比，无论是那只著名的薛定谔猫，还是两个相距遥远却存在“心灵感应”的粒子，量子世界的种种现象（假设）总是容易颠覆一些人们既定的认识。本文的研究看似很复杂，但说不定反而更容易让人理解——特别是对于那些福尔摩斯和波洛的拥趸，以及穿越剧的粉丝们。不过，相较而言，量子纠缠对过去事件的再现应该更加类似于神探对犯罪现场的精准还原，而远没有穿越剧的编剧、导演肆意派一位现代人改变历史那般厉害。

本报记者 刘霞 综合外电http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130614/021371223980109_change_chd36128_b.jpg用激光操控单个电子自旋模拟图http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130614/021371223980140_change_chd36126_b.jpg 今日视点 科学家们一般认为，研究微观粒子运动规律的新兴技术——量子技术主要应用于计算、通讯和加密等领域，但据物理学家组织网近日报道，现在，科学家们利用自旋电子学（其基本理念是理解和操作电子的自旋来推动技术的发展）扩展了量子技术应用领域的新维度，使他们可以利用量子力学完成一些此前没有想到过的任务，比如用激光处理量子信息以及在纳米尺度上进行温度测量。 这两项研究都建立在对钻石内的氮晶格空位中心进行操控的基础上，都利用了这一瑕疵固有的“自旋”特性。氮晶格空位中心是钻石原子结构上的一种瑕疵，钻石晶格中的一个碳原子被一个氮原子取代，使其附近空缺出一个晶格空位，围绕氮原子旋转的自旋电子就变成一个量子比特（qubit）——量子计算机的基本单位。 这两篇文章的主要研究者、美国芝加哥大学分子工程学教授戴维·艾维萨洛姆表示：“过去20多年来，科学家们一直在研究如何隔离和控制固态内单个电子的自旋，最新研究就是基于这些研究所获得的结果。科学家们的初衷是制造出新的基于量子物理学的计算技术，但最近几年来，随着研究的不断深入，我们的关注点也在不断扩展，因为我们开始意识到，量子物理学的原理也适用于新一代的纳米传感器。” 用激光操控量子比特 艾维萨洛姆和加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）以及德国康斯坦茨大学的6名合作者一起，研发出了一项新技术，他们在发表于5月7日美国《国家科学院学报》上的一篇论文中介绍了如何借助此项技术，只用激光就实现了对量子比特的操控，包括初始化、读取电子自旋态等。新方法不仅比传统方法更能实现统一控制，而且功能更多样，为探索新型固态量子系统打开了大门，也为科学家们朝着最终制造出性能远胜传统计算机的量子计算机开辟了新的路径。 传统计算机的基本信息单位是比特（bit），只能在0和1中选择其一；而量子比特能以多个状态同时存在，也即同时为0和1，这就使得量子计算机能够进行更复杂的操作，计算能力更强。 尽管氮晶格空位中心是一种很有前景的量子比特，过去10年来一直被广泛研究，但要用工业或生长的方法造出所需钻石却是极大的挑战。 艾维萨洛姆表示，与传统技术不同，他们研发的是一种利用激光脉冲在半导体内控制单个量子比特的全光策略，其“消除了对微波电路或电子网络的需求，仅仅用光和光子就可以做一切事情”。 作为一种全光学方法，新技术也有潜力进行升级，控制更多量子比特。另外，新方法的用途更加广泛，也可以用于探索其他物质内的量子系统，否则，这些物质很难被用来做量子设备。 基于电子自旋学的温度计 此前，科学家们也用氮晶格空位中心作为量子比特，在室温下制造出了可用于磁场和电场的传感器。现在，在发表于5月21日出版的美国《国家科学院学报》上的一篇论文中，研究人员展示了另外一种操控氮晶格空位中心的方法，并制造出了一种量子温度计。艾维萨洛姆估计，基于上述研究，他们可以研发出一款多功能的探测器。 艾维萨洛姆说：“我们能用这款探测器测量磁场、电场以及温度。或许最重要的是，因为这个探测器是一个原子尺度的瑕疵，能包含在纳米尺度的钻石粒子内，因此，它可以在一些极富挑战性的环境下工作，比如测量活体细胞或微流体电路内的温度。” 最新创新的关键是，科学家们研发出了一种控制技术操控自旋，使其能更灵敏地探测温度的变化。该研究的领导者、加州大学圣巴巴拉分校物理系研究生戴维·托尼表示：“过去几年，我们一直在探索用钻石内的这种瑕疵的自旋来制造温度计。最新技术让环境噪音的影响达到了最小，使我们能进行更加灵敏的温度测量。” 而且，科学家们可以在很大温度范围内（从室温到227摄氏度）对这种自旋电子进行操控。 艾维萨洛姆还表示，这一系统也能被用来测量生物系统内的温度梯度（自然界中气温、水温或土壤温度随陆地高度或水域及土壤深度变化而出现的阶梯式递增或递减的现象），比如活体细胞内部的温度梯度。 《科技日报》（2013-06-15 三版）

科技日报 2012年06月09日 星期六 本报华盛顿6月7日电 （记者毛黎）全球著名的人造钻石超材料生产商六元素公司（Element Six）7日表示，美国哈佛大学和加州工学院以及德国马普光量子研究所合作，利用该公司获得的单晶体人造钻石，创下了室温量子比特存储时间超过1秒钟的新纪录。这是人类首次实现用一种材料在常温下将量子比特存储如此长时间。 研究人员认为，人造钻石系统的多能性、稳定性和潜在的延展性有望让其在量子信息科学和量子传感器领域开拓新的应用。六元素公司位于英国阿斯科特的人造钻石研发小组用化学气相沉积技术开发出新的人造钻石生长工艺。公司创新主任斯蒂芬·库伊表示，人造钻石科学领域发展迅速，新钻石合成工艺能将杂质控制在兆分之几，这是真正的纳米工程化学气相沉积钻石合成技术。 参与合作的哈佛大学物理学教授海尔·鲁金表示，六元素公司独特的人造钻石材料是研究获得进展的核心，常温下单个量子比特存储时间超过1秒是一项十分令人兴奋的成果，它是初始化、存储、控制和测量4项需求的结合。新发现有望帮助人们开发新的量子通信和技术，在近期则有助于研发新的量子传感器。 量子信息处理涉及操纵人造钻石中单个原子尺寸的杂质和探讨单个电子自旋量子特性，新的研究成果代表着量子信息处理的最新发展。在量子力学中，电子量子自旋（量子比特）可以同时是0和1，此特性提供了量子计算的框架，同时也提出了更直接的应用，如新的磁传感技术。 总编辑圈点 谁会对1秒钟锱铢必究呢？但从量子的标准来看，这算是很长一段时间了。在量子计算的构建过程中，长期以来人们都只能局限在数公里的范围内利用量子点传输量子信息，而如果一种材料能做到捕捉、较长时间的稳定存储住继而转发信息，也就意味着扩大了量子网产生作用的区域。更何况，很多物质的量子态都要求接近绝对零度，能在室温下操作量子比特，尤显珍贵。

仅仅改变吸收范围，荧光内量子效率从负数变到大于1变到小于1，不知道是哪里有问题。请各位指教。外量子效率在上述情况下一般在0.2-0.4或者接近0。附上结果。Results of Quantum yield calculationInternal quantum yield: -2.306External quantum yield: 0.470Absorptance: -0.204Amount of absorption: -102.866Amount of fluorescence: 237.216Calculation ParametersWavelength area (absorption): 530.0 - 720.0 nmWavelength area (fluorescence): 550.0 - 700.0 nmIntegrating sphere correction: OnNormalized wavelength: 600 nmCommon with sample and without sample: OnFilter correction: OffQuantum yield factor: 1.00File nameDiffuser measurement data:C:\Program Files\FL Solutions\Correct\diffuser_20101202_164704.FDSIntegrating sphere measurement data (without sample):C:\Program Files\FL Solutions\Correct\withoutsample_20110510_174143.FDSMeasurement data without sample:C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\withoutsample.FDSMeasurement data with sample:C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\sample2.FDS

有望解决目前芯片上晶体管生热过多的问题科技日报 2012年03月28日 星期三 本报讯（记者刘霞）据美国物理学家组织网3月27日（北京时间）报道，美国圣母大学和宾夕法尼亚州立大学的科学家们表示，他们借用量子隧穿效应，研制出了性能可与目前的晶体管相媲美的隧穿场效应晶体管（TFET）。最新技术有望解决目前芯片上晶体管生热过多的问题，在一块芯片上集成更多晶体管，从而提高电子设备的计算能力。 晶体管是电子设备的基本组成元件，在过去40年间，科学家们主要通过将更多晶体管集成到一块芯片上来提高电子设备的计算能力，但目前这条道路似乎已快走到尽头。业界认为，半导体工业正在快速接近晶体管小型化的物理极限。现代晶体管的主要问题是产生过多的热量。 最新研究表明，他们研制出的TFET性能可与目前的晶体管相媲美，而且能效也较以往有所提高，有望解决上述过热问题。 科学家们利用电子能“隧穿”过固体研制出了这种TFET。“隧穿”在人类层面犹如魔术，但在量子层面，它却是一种非常常见的行为。 圣母大学的电子工程学教授阿兰·肖宝夫解释道：“现今的晶体管就像一个拥有移动门的大坝，水流动的速度也就是电流的强度取决于门的高度。隧穿晶体管让我们拥有了一类新的门，电流能够流过而非翻过这道门，另外，我们也对门的厚度进行了调整以便能打开和关闭电流。” 宾州州立大学的电子工程系教授苏曼·达塔表示：“最新技术进展的关键在于，我们将用来建造半导体的材料正确地组合在一起。” 肖宝夫补充道，电子隧穿设备商业化的历史很长，量子力学隧穿的原理也已被用于数据存储设备中，借用最新技术，未来，一个USB闪存设备或许能拥有数十亿个TFET设备。 科学家们强调说，隧穿晶体管的另一个好处是，使用它们取代目前的晶体管技术并不需要对半导体工业进行很大的变革，现有的很多电路设计和电路制造基础设施都可以继续使用。 尽管TFET的能效与现有晶体管相比稍逊色，但是，去年12月宾州州立大学和今年3月圣母大学的科研团队发表的论文已经表明，隧穿晶体管在驱动电流方面已经取得了创纪录的进步，未来有望获得更大的进展。 达塔说：“如果我们在能效上取得更大成功，将是低能耗集成电路上的重大突破，这反过来会加大我们研制出能自我供能设备的可能性，自我供能设备同能量捕获设备结合在一起，有望使我们研制出更高效的健康检测设备、环境智能设备以及可移植医疗设备。” 总编辑圈点： 滚动的台球，碰到桌壁后总会反弹。而量子理论不排除“穿壁而过”的可能性——在基本粒子级的尺度下，“隧穿”的几率不能忽视。隧穿曾是晶体管电路设计者需要防范的现象，然而科学家最终利用它造出了新式晶体管。几年前就有计算机试用了这种新式硅片，它要求的电压更小，且在待机状态下不耗电。隧穿晶体管技术一旦投入商用，CPU的设计者就不必忧虑发热的老问题了。

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潘建伟小组建成世界上首个光量子电话网 相关论文发表于《光学快报》 [color=#DC143C](这就意味这新一代的通讯传输方式将要诞生了)[/color] 记者从中国科学技术大学获悉，日前，该校潘建伟研究小组在实用化量子通信方面取得了重大进展，在合肥建成世界上首个光量子电话网，这标志着绝对安全的量子通信由实验室走进了日常生活。 据介绍，量子通信是量子力学和经典通信的交叉学科，有着传统通信方式所不具备的绝对安全特性，在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景。从20世纪９0年代开始，海内外科学家一直致力于将量子通信理论进行实用化的研究，但因实验器件的不完美性和缺乏真正的单光子源，量子通信系统的安全通信速率随着距离增加而急剧下降，量子通信系统只能停留在实验室内，不具备应用价值。 2003年，韩国、中国、加拿大等国学者提出了诱骗态量子密码理论方案，彻底解决了真实系统和现有技术条件下，量子通信的安全速率随距离增加而严重下降的问题。2006年夏，中国潘建伟小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、欧洲慕尼黑大学－维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态方案，同时实现了超过100公里的量子保密通信实验，其中，潘建伟小组最近完成的实验又将绝对安全通信距离延长到200公里。 此后，由中国科大潘建伟、陈增兵、彭承志等人组成的团队针对量子通信实用化展开了攻关研究，研制成功量子电话样机，并在商业光纤网络的基础上，组建了可自由扩充的光量子电话网，节点间距达到20公里，实现了“一次一密”加密方式的实时网络通话和3方对讲机功能，真正实现了“电话一拨即通、语音实时加密、安全牢不可破”的量子保密电话。该成果已于今年4月发表在国际光学领域著名期刊《光学快报》（Optics Express）上，并立即被美国《科学》杂志以“量子电话呼叫”为题进行了报道。 据悉，光量子电话网的建成，是中国科学家继自由空间量子纠缠分发、绝对安全距离大于100公里的量子保密通信之后，在实用化量子通信领域取得的又一国际领先的研究成果。

人们为了把客观世界的特性用数量表达，就需要进行测量。测量过程实质上是一种比较的过程。例如，我们用步长去测量某一段距离，就是用自己的跨步去与此段距离作比较，确定此段距离是步长的多少倍。当然此例中的测量过程比较粗糙，步长也因人而异，所以测量准确度不高。随着近代大规模机械生产的发展，对零件提出了互换性要求，这就要有统一的几何量标准。贸易活动的日益扩大也提出了建立统一的质量（mass）标准的要求。一旦这些标准建立了起来，由不同人在不同时间、地点进行的测量过程就有了统一的依据，测量的数值结果可以相互比较。也就是说，测量过程可以溯源到统一的标准。这种可以溯源到统一标准的测量就称为计量，而统一的标准就是计量标准。 计量标准一般先在一个国家的范围取得统一，以促进该国的生产和贸易的发展。秦始皇首次统一中国的计量标准（统一度量衡）是历史上我国对计量事业的重要贡献。18世纪以后由于世界性的工业革命以及国际贸易的发展，首先在欧洲形成了一种国际性的计量单位制--米制，确定了以米、千克、秒为最基本的计量单位。经过一百多年，此种单位制已发展成为目前国际上一致公认的国际单位制SI。其中规定了米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔7个基本单位，其他各种单位则由这7个基本单位导出。由于7个基本单位的重要性，国际单位制中给出了它们的严格定义及准确复现单位的方法。用于保存和复现基本单位的装置就是准确度等级最高的计量标准--计量基准。 19世纪下半叶到20世纪上半叶，各国建立起了经典的计量基准。这些计量基准一般是根据经典物理学的原理，用某种特别稳定的实物来实现，故称为实物基准。例如一个保存在巴黎国际计量局（BIPM）的铂铱合金圆柱--千克原器砝码的质量就定义为质量单位千克，按X型铂铱合金米尺的刻线间距离定义长度单位米，用一组饱和式韦斯顿标准电池的端电压的平均值保持电压单位伏特，用一组标准电阻线圈的电阻平均值保持电阻单位等等。 计量基准是保证整个计量工作准确度的基础。但也正是由于其重要性，不能轻易使用。为了使产业界能够使用准确的计量量值，需要建立一种量值传递检定网。以最常见的称重计量为例，最高等级的质量计量基准是保存在巴黎国际计量局的铂铱合金千克砝码原器。每数年一次各国的中央计量机构把它们的国家基准千克砝码运到巴黎与砝码原器进行比对以得到各国基准砝码的准确量值，然后再由各国自行向下传递质量量值。我国则已建立了国家、省、市（县）等各级计量机构。这些计量机构都保存着它们的标准砝码，并按照国家级--省级--市、县级--企业的金字塔式的计量量值传递检定系统依次向下传递量值，开展日常的计量检定工作。 19世纪以来，各国的计量量值传递检定系统给产业界提供了计量服务，确实在帮助产业界提升产品品质的工作中做出了贡献。但是，随着科技及工农业的发展，这样的传统计量量值传递检定系统已不能满足现代工业和科学技术对计量准确度日益提高的要求。由于量值传递系统溯源的是实物基准，而实物基准的缺点正是在于它们是一些具体的宏观实物。由于一些不易控制的物理和化学过程的影响，实物基准所保存的量值会发生缓慢的变化，如果只从改善材料稳定性和制作工艺的方向努力，已很难大幅度提高实物基准的准确度。 随着20世纪量子物理学的飞速发展，建立量子基准以代替传统的实物基准已经成为可能，并在初步的尝试中得到了精确度较高的计量基准。量子物理学阐明了各种微观粒子的运动规律，特别是微观粒子的态和能级的概念。按照量子物理学，宏观物体中的微观粒子如果处于相同的微观态，其能量有相同的确定值，也就是处于同一能级上。当粒子在不同能级之间发生量子跃迁时，将伴随着吸收或发射能量等于能级差DE的电磁波能量子，也就是光子。而且电磁波频率n与DE之间满足普朗克公式, 即两者之间成正比，其比例系数为普朗克常数h 。也就是说，电磁波的频率反映了能级差的数量。值得注意的是，宏观物体中基本粒子的能级结构与物体的宏观参数，如形状、体积、质量等等并无明显关系。因此，即使物体的宏观参数随时间发生了缓慢变化，也不会影响物体中微观粒子的量子跃迁过程。这样，如果利用量子跃迁现象来复现计量单位，就可以从原则上消除各种宏观参数不稳定产生的影响，所复现的计量单位不再会发生缓慢漂移，计量基准的稳定性和准确度可以达到空前的高度。更重要的一点是量子跃迁现象可以在任何时间、任何地点用原理相同的装置重复产生，不像实物基准是特定的物体，一旦由于事故而毁伤，就不可能再准确复制。因此用量子跃迁复现计量单位对于保持计量基准量值的高度连续性具有重大的价值。

大话量子力学花花公子德布罗意: 一页纸多一点的博士论文拿到诺奖 在这里想讲一个故事。 讲故事之前自然总要为故事取一个名字，而我的这个故事的名字就叫做“大话 量子力学”。 “大话”者，典自于“大话西游”也。　　 何为？盖因此故事之于正史颇似“ 大话西游”之于“西游记”。 所不同者，“大话西游”与“西游记”皆为虚妄，只有正统与无厘头之分，而 我的故事却更接近于真正的历史。 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 一 故事发生在二十世纪初的法国。 巴黎。 一样的延续着千百年的灯红酒绿，香榭丽舍大道上散发着繁华和暧昧，红磨坊 里弥漫着躁动与彷徨。 而在此时的巴黎，有一个年轻人，名字叫做德布罗意（De　Broglie），从他的 名字当中可以看出这是一个贵族，事实上德布罗意的父亲正是法国的一个伯爵，并且是正 是一位当权的内阁部长。这样一个不愁吃不愁穿只是成天愁着如何打发时光的花花公子自 然要找一个能消耗精力的东西来磨蹭掉那些无聊的日子（其实象他这样的花花公子大约都 会面临这样的问题） 德布罗意则找到了一个很酷的“事业”——研究中世纪史。据说是因为中世纪史 中有着很多神秘的东西吸引着这位年轻人。　　 时间一转就到了1919，这是一个科学界急剧动荡动着的年代。就在这一年，德 布罗意突然移情别恋对物理产生了兴趣，尤其是感兴趣于当时正流行的量子论。 具体来说就是感兴趣于一个在当时很酷的观点：光具有粒子性。 这一观点早在十几年前由普朗克提出，而后被爱因斯坦用来解释了光电效应， 但即便如此，也非常不见容于物理学界各大门派。　　 德布罗意倒并不见得对这一观点 的物理思想有多了解，也许他的理解也仅仅就是理解到这个观点是在说“波就是粒子”。 或许是一时冲动，或许是因为年轻而摆酷，德布罗意来到了一派宗师朗之万门 下读研究生。　　 从此，德布罗意走出了一道足以让让任何传奇都黯然失色的人生轨迹。 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 二 历史上德布罗意到底花了多少精力去读他的研究生也许已经很难说清，事实上德 布罗意在他的5年研究生生涯中几乎是一事无成。事实上也可以想象，一个此前对物理一 窍不通的中世纪史爱好者很难真正的在物理上去做些什么。 白驹过隙般的五年转眼就过去了，德布罗意开始要为他的博士论文发愁了。 其实德布罗意大约只是明白普朗克爱因斯坦那帮家伙一直在说什么波就是粒子 ，（事实上对于普朗克大约不能用“一直”二字，此时的普朗克已经完全抛弃自己当初的 量子假设，又回到了经典的就框架。）而真正其中包含的物理，他能理解多少大约只有上 帝清楚。 五年的尽头，也就是在1924，德布罗意终于提交了自己的博士论文　　 他的博 士论文只有一页纸多一点，不过可以猜想这一页多一点的一份论文大约已经让德布罗意很 头疼了，只可惜当时没有枪手可以雇来帮忙写博士论文。 他的博士论文只是说了一个猜想，既然波可以是粒子，那么反过来粒子也可以 是波。 而进一步德布罗意提出波的波矢和角频率与粒子动量和能量的关系是： 动量＝普朗克常数／波矢 能量＝普朗克常数＊角频率 这就是他的论文里提出的两个公式 而这两个公式的提出也完全是因为在爱因斯坦解释光电效应的时候提出光子的 动量和能量与光的参数满足这一关系。 可以想象这样一个博士论文会得到怎样的回应。 在对论文是否通过的投票之前，德布罗意的老板朗之万就事先得知论文评审委 员会的六位教授中有三位已明确表态会投反对票。 本来在欧洲，一个学生苦读数年都拿不到学位是件很正常的事情，时至今日 的欧洲也依然如此。何况德布罗意本来就是这么一个来混日子的的花花公子。 然而这次偏偏又有些不一样——德布罗意的父亲又是一位权高望众的内阁部 长，而德布罗意在此厮混五年最后连一个Ph.D都没拿到，双方面子上自然也有些挂不住。 情急之中，朗之万往他的一个好朋友那里寄了一封信。 当初的朗之万是不是碍于情面想帮德布罗意混得一个PhD已不得而知，然而事实 上，这一封信却改变了科学发展的轨迹。 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 三 这封信的收信人 是爱因斯坦。 信的内容大致如下： 尊敬的爱因斯坦阁下： 在我这里有一位研究生，已经攻读了五年的博士学位，如今即将毕业，在他提 交的毕业论文中有一些新的想法……………… 请对他的论文作出您的评价。 另外顺便向您提及，该研究生的父亲是弊国的一位伯爵，内阁的＊＊部长，若 您……，将来您来法国定会受到隆重的接待 朗之万 在信中，大约朗之万的潜台词似乎就是如果您不肯给个面子，呵呵，以后就甭 来法国了。 不知是出于知趣呢，还是出于当年自己的离经叛道而产生的惺惺相惜，爱因斯 坦很客气回了一封信，大意是该论文里有一些很新很有趣的思想云云。 此时的爱因斯坦虽不属于任何名门望派，却已独步于江湖，颇有威望。有了爱 因斯坦的这一封信，评审委员会的几位教授也不好再多说些什么了。 于是，皆大欢喜。 浪荡子弟德布罗意就这样“攻读”下了他的PhD（博士）。 而按照当时欧洲的学术传统，朗之万则将德布罗意的博士论文印成若干份分寄 到了欧洲各大学的物理系。 大约所有人都以为事情会就此了结，多少年以后德布罗意那篇“很新很有趣” 博士论文也就被埋藏到了档案堆里了。 德布罗意大约也就从此以一个PhD的身份继续自己的浪荡生活。。 但历史总是喜欢用偶然来开一些玩笑，而这种玩笑中往往也就顺带着改变了 许多人的命运。 在朗之万寄出的博士论文中，有一份来到了维也纳大学。 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

实现全球化量子网络奠定了技术基础 2013年05月03日 来源： 科技日报 作者： 吴长锋 最新发现与创新 科技日报合肥5月2日电（记者吴长锋）中科院量子科技先导专项协同创新团队，在国际上首次成功实现星地量子密钥分发的全方位地面验证，为未来我国通过发射量子科学实验卫星，实现基于星地量子通信的全球化量子网络，对大尺度量子理论基础检验，以及探索如何融合量子理论与爱因斯坦广义相对论，奠定了必要的技术基础。 相关成果5月1日发表在国际权威学术期刊《自然·光子学》上。这是该专项继去年实验实现拓扑量子纠错和百公里自由空间量子态隐形传输与纠缠分发后，取得的又一阶段性重要突破，也是量子信息与量子科技前沿协同创新中心的最新重要成果。 量子密钥分发是最先有望实用化的量子信息技术，可以带来绝对安全的信息传输方式。而实现全球化量子密钥分发网络，需要突破距离限制。目前，由于光纤损耗和探测器的不完美性等因素，以光纤为信道的量子密钥分发距离已接近极限；而由于地球曲率和远距可视等条件的限制，地面间自由空间的量子密钥分发也很难实现突破。要实现更远距离、甚至是全球任意两点的量子密钥分发，基于低轨道卫星的量子密钥分发是最具潜力和可行性的方案。但这需要克服大气层传输损耗、量子信道效率、背景噪音等问题。尤其是低轨卫星和地面站始终处于高速相对运动中，存在角速度、角加速度、随机振动等情况，如何在这些情况下建立起高效稳定的量子信道，保持信道效率及降低量子密钥误码率，成为基于低轨道卫星平台实现量子密钥分发面临的关键。 协同创新团队由中国科学技术大学潘建伟院士和同事彭承志等、中科院上海技术物理研究所王建宇、光电技术研究所黄永梅等组成。 为攻克星地量子密钥分发的上述难题，创新团队进行了多年合作攻关，自主研制了高速诱骗态量子密钥分发光源和轻便收发整机，自主发展高精度跟瞄、高精度同步和高衰减链路下的高信噪比及低误码率单光子探测等关键技术。在此基础上，利用旋转平台模拟低轨道卫星的角速度和角加速度；利用热气球来模拟随机振动和卫星姿态；利用百公里地面自由空间信道来模拟星地之间高衰减链路信道，成功地验证了星地之间安全量子信道的可行性。 《科技日报》2013-05-03（一版）

系统的讲述了荧光量子效率的测定方法，以不同的物质为标准物质的测定，以及系统的校正。[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=105818]the measurement of photoluminescence quantum yields[/url]

中国科技网讯 据物理学家组织网8月9日（北京时间）报道，英国格拉斯哥大学、赫瑞-瓦特大学以及加拿大渥太华大学的研究人员携手合作，首次利用照相机拍摄到量子纠缠的图像。量子加密通信、量子计算等技术的发展都需要依靠量子纠缠的物理特性，最新研究成果朝着开发这类应用迈进了一步。相关论文发表在《自然·通讯》杂志上。 量子纠缠是一种量子力学现象，处于纠缠态的两个粒子即使距离遥远，也保持着特别的关联性，对一个粒子的操作会影响到另一个粒子。简单来说就是，当其中一个粒子被测量或者观测到，另一个粒子也随之在瞬间发生相应的状态改变。这种仿佛心有灵犀一般的一致行动超出了经典物理学规则的解释范畴，被爱因斯坦形容为“鬼魅似的远距作用”。 在此次实验中，研究小组使用了一个具有高灵敏度的照相机来测量光子的高维空间纠缠。光子的纠缠态是用一种特殊的晶体将一个单光子一分为二来创建的。通过给这些光子对拍照，研究人员可以对光子位置之间的关联进行测量，这是经典物理学所无法实现的。借助201×201像素阵列，照相机可在同一时刻观察到量子光场的全景，研究小组也得以看到多达2500种不同的纠缠态。 参与该项研究的格拉斯哥大学物理学和天文学学院教授迈尔斯·帕吉特说：“一张图片胜过千言万语，这句格言用在此处再恰当不过了。每个像素都含有自己的信息，从而可能给量子加密通信的数据容量带来革新。” 他表示：“这项研究是朝着未来量子技术迈进的重要一步，同时也显示了照相机的一个重要新功能，那就是在量子信息科学方面的应用。”（记者 陈丹） 总编辑圈点 在量子世界中，与奇怪的定理相联系的是许多奇怪的现象，比如测不准原理,比如薛定谔的猫，再比如这个爱因斯坦的“幽灵”——量子纠缠。一副万物皆可能有默契的样子，让人无论站在人文还是科学的高度上，仅靠言语都难于描述一二。幸好，现在科学家把它拍下来了，当嘴巴因无力选择缄默时，我们还可以靠眼睛，直观的对视那无比奇妙的微观世界，期盼着从中窥探更多的可用信息，以完成宏观世界中对量子通信及量子计算的建设。 《科技日报》（2012-8-10 一版）

中国科技网讯 据物理学家组织网6月7日（北京时间）报道，美国斯坦福大学上周宣布，他们用金属镝（dysprosium）造出世界上第一个双极量子费米子气体。研究人员认为，该费米子气体兼具晶体和超流液二者看似矛盾的特征，是一种全新的量子物质形态。这标志着人们在理解费米子系统性质，将凝聚物质物理学中的超自然现象引入现实应用等方面，迈出了重要一步。相关论文发表在上周的《物理评论快报》上。 如果让量子效应出现在宏观世界，将有很多不可思议的现象，水会向上流、导线没有电阻、电流的磁浮作用消失等。这些现象都和传统的理论背道而驰，但在开发未来技术方面却有着巨大前景。 量子气体是迄今人类已知的最冷物质，它们的黏度为零，是一种和超流液一样的超导体。几十年来，费米子的量子效应一直难以理解。但如果能造出一种量子费米子气体，那些通常只在纳米水平才能观察到的现象，就会变得明显可见。 研究中最大的两个困难是造出64纳开的极端低温和生成强相关量子气体。研究人员在坩埚中把粒子加热到约1300摄氏度，发射到强真空中，然后用世界上最强的持续波蓝激光致冷，将粒子冷却到千分之一绝对零度。再通过激光和蒸发冷却过程，最终让气体温度降到实验所需的64纳开。一般情况下，以这种方式制冷的物质只有2个或3个能级，而镝却有140多个。 他们还将制冷技术用于磁性气体，解决蒸发制冷过程中费米子不相关的问题，使得费米子间可相互碰撞，将高能粒子撞出系统。论文领导作者、斯坦福大学应用物理学教授本杰明·列夫说，镝在周期表中是磁性最强的元素，这次所用的镝的一种费米子同位素，其磁能量比以前的冷却气体要大440倍。镝原子间超强的双磁极作用使其能通过远程碰撞而冷却到临界温度。 研究人员指出，这种费米子气体有望带来量子液晶，也就是那些构成大部分显示器所用液晶的量子力学版；或者带来一种超级固体，这是一种假设的物质态，理论上这种固体具有超流液的特征。 目前，他们正在利用这种双极量子气体的独特性质，开发一种“低温原子芯片显微镜”。这是一种磁性探测仪，能以前所未有的灵敏度和分辨率检测磁场。这种探测仪使用外部量子材料来处理信息，能让量子计算更稳定。此外，该研究还为物理学家提供了理解非传统量子效应的新目标。（记者 常丽君） 总编辑圈点 相比于传统物理学对人类物质生活的改善，量子力学对物质本源的探究则包含了更多的哲学思考和精神内涵。因此，相比于具体的产品应用，这一研究所提供的方法和模型更加重要——制造出足够多和稳定的研究对象是开展直观量子力学研究的基础。文中提到的量子液晶等只是基础研究的副产品，我们不能从传统物理学视角来功利地看待量子力学，它带来的将不只是工业产品的革新，而是翻天覆地超乎想象的变化，甚至生命形态也随之改变，所有的“超自然”都将成为“自然”。 《科技日报》（2012-06-08 一版）

科学家首次用光子模拟时间旅行证实时间旅行可在量子尺度上实现http://www.wokeji.com/shouye/zbjqd/201406/W020140625080681152943.jpg 科技日报讯 （记者刘霞）如果一名时间旅行者回到过去，破坏其祖父母之间的结合，那么，他是否也就不会出生呢？这是经典的“祖父悖论”的核心问题所在，“祖父悖论”常被人拿来论证时间旅行不可能存在，但有些科学家则不这么认为。 据英国《每日邮报》网站6月24日（北京时间）报道，澳大利亚昆士兰大学的科学家首次使用两个光量子（光子）模拟了量子粒子在时间中的旅行并对其“一举一动”进行了研究，结果表明，至少在量子尺度上，时间旅行是可以实现的。研究发表在最新一期的《自然·通讯》杂志上。 科学家们使用光子（光的单个粒子）来模拟回到过去的量子粒子并对其行为进行了研究。在实验中，他们对一个进行时间旅行的光子可能产生的两种结果进行了考察。第一种结果是：“1号光子”会通过虫洞进入过去并同以前的自己相互作用。第二种结果是：“2号光子”会在正常的时空内行进，但会通过虫洞同一颗卡在时间旅行环—封闭类时曲线（CTC，是物质粒子于时空中的一种世界线，其为“封闭”，亦即会返回起始点）内的光子相互作用。模拟“2号光子”的行为使“1号光子”的行为也能被研究，结果表明，时间旅行在量子尺度上可以实现。 该研究的主要作者、数学和物理学院的博士生马丁·瑞巴尔说：“时间旅行问题是阐释恒星、星系等大尺度世界的基本运行原理的爱因斯坦广义相对论和描述原子、分子等微小尺度世界运行原理的量子力学这两大最成功但最不兼容理论的交界点。” 爱因斯坦的理论认为，或许可以通过一条时空通道，回到时间上更早的空间上的起始点，但这种可能性让物理学家和哲学家们困惑不已，因为这似乎会导致一些悖论，比如经典的“祖父悖论”。 昆士兰大学的蒂莫西·拉尔夫表示，1991年，有科学家预测，量子世界发生的时间旅行或许可以避免这些悖论。拉尔夫说：“量子粒子的属性含糊且不确定，这或许给了它们足够的摆动空间，来避免前后矛盾的时间旅行环境。” 科学家们表示，尽管同样的模拟是否能证明更大的粒子（比如原子）或一群粒子可以进行时间旅行还是个未知数，但最新研究有助于他们更好地理解广义相对论和量子力学理论之间的相互关联。 左图 在模拟实验中，一个被卡在封闭类时曲线的光子被发现能与在正常的时空内行进的光子相互作用。 总编辑圈点 爱因斯坦的相对论不否定时空穿越——质量造成两处时空弯曲，若交汇于一点，就生出一条“虫洞”，我们由之穿越到七千万年前的仙女座星云，不是不可能——但“虫洞”只是假想，前提是广义相对论完全正确。我们的世界有时间旅行者吗？有科学家编写了软件，在网络上搜寻“未来客”存在的迹象，至今尚未找到。几年前还有科学家用光子做实验，让它携带信息到过去改变自己，结果失败了。如此看来，诸多幻想似乎只能停留在小说里。但科学家不会放过穿越主题，它至少是个很好玩的思想游戏。来源：中国科技网-科技日报 2014年06月25日

我国科学家首次发现“量子反常霍尔效应”这一科研成果离诺贝尔物理奖有多近2013年04月11日 来源： 中国科技网 作者： 林莉君 李大庆 http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130410/051365597244421_change_wtt3427_b.jpg量子反常霍尔效应的示意图，拓扑非平庸的能带结构产生具有手征性的边缘态，从而导致量子反常霍尔效应 http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130410/051365597244437_change_wtt3428_b.jpg理论计算得到的磁性拓扑绝缘体多层膜的能带结构和相应的霍尔电导 “这个研究成果是从中国实验室里，第一次发表出来了诺贝尔物理奖级别的论文，这不仅是清华大学、中科院的喜事，也是整个国家发展中喜事。”4月10日，诺贝尔物理奖得主、清华大学高等研究院名誉院长杨振宁教授高度评价了我国科学家的重大发现——量子反常霍尔效应。 由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。美国《科学》杂志于3月14日在线发表这一研究成果。由于此前和量子霍尔效应有关的科研成果已经3获诺贝尔奖，学术界很多人士对这项“可能是量子霍尔效应家族最后一个重要成员”的研究给予了极高的关注和期望。那么什么是量子反常霍尔效应？对它的研究为什么引起世界各国科学家的兴趣？它的发现有什么重大意义？ 重要性 突破摩尔定律瓶颈 加速推动信息技术革命进程 在认识量子反常霍尔效应之前，让我们先来了解一下量子霍尔效应。量子霍尔效应，于1980年被德国科学家发现，是整个凝聚态物理领域中重要、最基本的量子效应之一。它的应用前景非常广泛。 薛其坤院士举了个简单的例子：我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则，让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。“这就好比一辆高级跑车，常态下是在拥挤的农贸市场上前进，而在量子霍尔效应下，则可以在‘各行其道、互不干扰’的高速路上前进。”薛其坤打了个形象的比喻。 然而，量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，“相当于外加10个计算机大的磁铁，这不但体积庞大，而且价格昂贵，不适合个人电脑和便携式计算机。”薛其坤说，而量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场，在零磁场中就可以实现量子霍尔态，更容易应用到人们日常所需的电子器件中。 自1988年开始，就不断有理论物理学家提出各种方案，然而在实验上没有取得任何进展。2006年, 美国斯坦福大学张首晟教授领导的理论组成功地预言了二维拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔效应，并于2008年指出了在磁性掺杂的拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应的新方向。2010年，我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作，提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系。这个方案引起了国际学术界的广泛关注。德国、美国、日本等有多个世界一流的研究组沿着这个思路在实验上寻找量子反常霍尔效应，但一直没有取得突破。 薛其坤团队经过近4年的研究，生长测量了1000多个样品。最终，他们利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂（Bi，Sb）2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应。 “量子反常霍尔效应可在未来解决摩尔定律瓶颈问题，它发现或将带来下一次信息技术革命，我国科学家为国家争夺了这场信息革命中的战略制高点。”拓扑绝缘体领域的开创者之一、清华大学“千人计划”张首晟教授说。 创新性 让实验材料同时具备“速度、高度和灵巧度” 从美国物理学家霍尔丹于1988年提出可能存在不需要外磁场的量子霍尔效应，到我国科学家为这一预言画上完美句号，中间经过了20多年。课题组成员、中科院物理所副研究员何珂告诉记者：“量子反常霍尔效应实现非常困难，需要精准的材料设计、制备与调控。尽管多年来各国科学家提出几种不同的实现途径，但所需的材料和结构非常难以制备，因此在实验上进展缓慢。” “这就如同要求一个运动员同时具有刘翔的速度、姚明的高度和郭晶晶的灵巧度。在实际的材料中实现以上任何一点都具有相当大的难度，而要同时满足这三点对实验物理学家来讲是一个巨大的挑战。”课题组成员、清华大学王亚愚教授这样描述实验对材料要求的苛刻程度。 实验中，材料必须具有铁磁性从而存在反常霍尔效应；材料的能带结构必须具有拓扑特性从而具有导电的一维边缘态，即一维导电通道；材料的体内必须为绝缘态从而对导电没有任何贡献，只有一维边缘态参与导电。 2010年，课题组完成了对1纳米到6纳米（头发丝粗细的万分之一）厚度薄膜的生长和输运测量，得到了系统的结果，从而使得准二维超薄膜的生长测量成为可能。 2011年，课题组实现了对拓扑绝缘体能带结构的精密调控，使得其体材料成为真正的绝缘体，去除了其对输运性质的影响。 2012年初，课题组在准二维、体绝缘的拓扑绝缘体中实现了自发长程铁磁性，并利用外加栅极电压对其电子结构进行原位精密调控。 2012年10月，课题组终于发现在一定的外加栅极电压范围内，此材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值h/e2—25800欧姆——世界难题得以攻克。 课题组克服薄膜生长、磁性掺杂、门电压控制、低温输运测量等多道难关，一步一步实现了对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控，最终为这一物理现象的实现画上了完美的句号。 “下一步我们主要的努力方向是全面测量材料在极低温下的电子结构和输运性质，寻找更好的材料体系，在更高的温度下实现这一效应。那时，也许我们能对其应用前景作更好的判断。”王亚愚告诉记者。 外界评说 这是凝聚态物理界一项里程碑式的工作 “实验成果出来以后，量子霍尔效应的发现者给我发了一封邮件。他写道：我深信拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应是科学王冠上的明星。”张首晟向记者展示了这封邮件。 《科学》杂志的一位审稿人说：“这项工作毫无疑问地证实了与普通量子霍尔效应不同来源的单通道边缘态的存在。我认为这是凝聚态物理学一项非常重要的成就。”另一位审稿人说：“这篇文章结束了多年来对无朗道能级的量子霍尔效应的探寻。这是一篇里程碑式的文章。” 延伸阅读 霍尔效应与反常霍尔效应 霍尔效应是美国物理学家霍尔于1879年发现的一个物理效应。在一个通有电流的导体中，如果施加一个垂直于电流方向的磁场，由于洛伦兹力的作用，电子的运动轨迹将产生偏转，从而在垂直于电流和磁场方向的导体两端产生电压，这个电磁输运现象就是著名的霍尔效应。产生的横向电压被称为霍尔电压，霍尔电压与施加的电流之比则被称为霍尔电阻。由于洛伦兹力的大小与磁场成正比，所以霍尔电阻也与磁场成线性变化关系。 1880年，霍尔在研究磁性金属的霍尔效应时发现，即使不加外磁场也可以观测到霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应就是反常霍尔效应。反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，因为这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转。反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的，因此是一类新的重要物理效应。 量子霍尔效应的相关研究已3次获得诺贝尔奖 量子霍尔效应在凝聚态物理的研究中占据着极其重要的地位。它就像一个富矿，一代又一代科学家为之着迷和献身，他们的成就也多次获得诺贝尔物理奖。 1985年，诺贝尔物理奖颁给了德国科学家冯·克利青，他于1980年发现了整数量子霍尔效应。 1998年，诺贝尔物理奖颁给了美国科学家：美籍华人物理学家崔琦以及施特默、劳弗林。前两人于1982年发现了分数量子霍尔效应，而后者则对这一效应进一步给出了理论解释。 2010年，诺贝尔物理奖颁给了英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。他们俩在2005年发现了石墨烯中的半整数量子霍尔效应。 此外，量子化自旋霍尔效应于2007年被发现，2010年获得欧洲物理奖，2012年获得美国物理学会巴克利奖。（记者 林莉君 李大庆） 《科技日报》（2013-04-11

德国科学家在最新一期英国《自然》杂志上发表论文介绍说，他们最近首次测量到通过量子通道“逃离”原子的电子，而且发现每个电子“逃离”的速度极为惊人。 电子带负电荷，在带正电荷的原子核的吸引下被束缚在原子内部。就经典物理学而言，如果电子没有在一段时间内获得足够的能量，它就无法“逃离”原子核的束缚。但量子力学可以提供另一种方法，电子可以直接通过量子通道逃脱出来。科学家比喻说，这好比站在一座山前的人们需要到达山的另外一边，通常情况下只能翻越山岭，但量子世界里还有另外一种可能，即通过“隧道”直接抵达山的另一边。 量子通道在微观世界普遍存在，但这一现象迄今仍未被观测到，原因是原子在失去电子后迅速从外界环境又找回新的电子进行补充，其过程过于短暂，任何传统方法都无法测量。不过，近年来光学研究的进步，为观测这一现象提供了有力工具。 德国马克斯普朗克量子光学研究所的弗伦克克劳兹介绍说，光学研究已经迈进了阿秒(1阿秒为百亿亿分之一秒)领域，这为测量电子通过量子通道“逃离”提供了方法。 克劳兹领导的研究人员用两种精心设计成同步的阿秒级激光脉冲——紫外线脉冲和红外线脉冲——攻击氖原子，紫外线脉冲通过提升电子能量为电子“逃离”氖原子做好准备，但这一能量不足以使电子按照经典物理学描述的方式脱离原子。然后研究人员在红外线脉冲中设计3个峰值，以抵消来自原子核的吸力，这就给电子提供了3个“逃离窗口”。不过，由于所选用的脉冲是阿秒级的，因此“逃离窗口”开启时间非常短暂，只有通过量子通道的电子才有可能成功“逃离”。 结果发现，在这3个“逃离窗口”都能够测量到从原子“逃离”出来的自由电子，这就证明了单个电子可以在极短的时间内实现“逃离”，也进一步证明量子通道确实存在。来源:新华网

德国科学家在最新一期英国《自然》杂志上发表论文介绍说，他们最近首次测量到通过量子通道“逃离”原子的电子，而且发现每个电子“逃离”的速度极为惊人。电子带负电荷，在带正电荷的原子核的吸引下被束缚在原子内部。就经典物理学而言，如果电子没有在一段时间内获得足够的能量，它就无法“逃离”原子核的束缚。但量子力学可以提供另一种方法，电子可以直接通过量子通道逃脱出来。科学家比喻说，这好比站在一座山前的人们需要到达山的另外一边，通常情况下只能翻越山岭，但量子世界里还有另外一种可能，即通过“隧道”直接抵达山的另一边。量子通道在微观世界普遍存在，但这一现象迄今仍未被观测到，原因是原子在失去电子后迅速从外界环境又找回新的电子进行补充，其过程过于短暂，任何传统方法都无法测量。不过，近年来光学研究的进步，为观测这一现象提供了有力工具。德国马克斯• 普朗克量子光学研究所的弗伦克• 克劳兹介绍说，光学研究已经迈进了阿秒（１阿秒为百亿亿分之一秒）领域，这为测量电子通过量子通道“逃离”提供了方法。克劳兹领导的研究人员用两种精心设计成同步的阿秒级激光脉冲——紫外线脉冲和红外线脉冲——攻击氖原子，紫外线脉冲通过提升电子能量为电子“逃离”氖原子做好准备，但这一能量不足以使电子按照经典物理学描述的方式脱离原子。然后研究人员在红外线脉冲中设计３个峰值，以抵消来自原子核的吸力，这就给电子提供了３个“逃离窗口”。不过，由于所选用的脉冲是阿秒级的，因此“逃离窗口”开启时间非常短暂，只有通过量子通道的电子才有可能成功“逃离”。结果发现，在这３个“逃离窗口”都能够测量到从原子“逃离”出来的自由电子，这就证明了单个电子可以在极短的时间内实现“逃离”，也进一步证明量子通道确实存在。来源：新华网 发布时间：2007年4月9日

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